Månen

Månen (latin: Luna, symbol: ☾) är jordens enda naturliga satellit och den femte största månen i solsystemet. Näst efter solen är månen, på grund av sin närhet, det ljusaste objektet på stjärnhimlen. Månen gör sig också påmind genom tidvatteneffekter på jorden i form av ebb och flod. Med dess framträdande ställning på himlen och de regelbundna månfaserna har månen i alla tider fascinerat människan och lämnat ett stort kulturellt avtryck i den mänskliga historien. Månen har alltid samma sida mot jorden eftersom den befinner sig i en bunden rotation, och roterar därmed exakt en gång runt sin egen axel för varje varv den rör sig runt jorden.

Månens yta består i stora drag av två olika typer av landskap som kan urskiljas med blotta ögat från jorden, de mörka så kallade haven samt de ljusare högländerna. Månhaven innehåller inget vatten utan är lavaslätter som bildats när magma för flera miljarder år sedan trängt upp från månens inre och fyllt stora nedslagskratrar och andra sänkor. Sedan länge är dock månen geologiskt död och ingen vulkanisk aktivitet förekommer idag. Hur månen bildats är man fortfarande inte helt säker på, men den ledande teorin är att den bildats som restprodukt vid en enorm kollision mellan jorden och en planet av ungefär Mars storlek (Theia) under solsystemets tidigare historia.

Månen är den enda himlakropp som människor har färdats till och landat på. Det sovjetiska Lunaprogrammet sände ett flertal obemannade farkoster mot månen under slutet av 1950-talet till 1960-talet, där man för första gången lyckades utföra en kontrollerad landning på en annan himlakropp med Luna 9 år 1966. Det skulle dock bli USA med det stora Apolloprogrammet som först lyckades sända människor till månen. Den 21 juli 1969 klättrade Neil Armstrong ner på månens yta från Apollo 11:s månlandare The Eagle och blev därmed den första människan att besöka en annan himlakropp. Efter Apolloprogrammets slut 1972 avstannade rymdkapplöpningen och månen har sedan dess endast besökts av obemannade rymdfarkoster, men planer och visioner finns från flera länder att på nytt sända människor till månen inom de närmsta decennierna.

Översikt left|thumb|Bilden visar västra hemisfären med Mare Orientale, som har en diameter på ca 1 000 km, i centrum. Till vänster syns "månens baksida" och till höger "månens framsida". Det tar 27,32 jorddygn för månen att tillryggalägga ett varv kring jorden. Det är den så kallade sideriska omloppstiden.

Det tar dock ytterligare ett par dagar, totalt 29,53 dygn, innan vi från jorden upplever att månen åter är i samma position på himlen i förhållande till solen. Det är den synodiska omloppstiden. Under denna genomgås en komplett måncykel med alla månfaser, exempelvis fullmåne och halvmåne. Månen har givit upphov till tidsbegreppet månad, som numera dock är längre än en måncykel.

Månen har en diameter på 3 476 km vid ekvatorn. Densiteten är 3,34 kg/dm³ (jämför med jordens 5,5). Medelavståndet mellan jorden och månen är 384 392 km. Månens yta är cirka 38 miljoner kvadratkilometer vilket är ungefär detsamma som fyra gånger Europa. Omkretsen är 10 940 km.

Från jorden är det alltid samma sida av månen som syns, vilket beror på att månen roterar runt sin egen axel ganska precis en gång per varv runt jorden (ny forskning visar dock att månens baksida kan ha varit framsida för 3,9 miljarder år sedan).Has the Moon Changed Its Face? Detta fenomen beror i sin tur på att jordens dragningskraft (likt tidvattnet) dragit ut månen till en ellipsoid med huvudaxeln riktad och låst i position mot jorden. Månens elliptiska bana gör dock att en liten del av dess baksida syns.

Solens attraktionskraft på månen är dubbelt så stor som jordens vilket gör månens bana kring jorden mycket komplicerad och att det tar över 18 år innan månen återvänder till sitt utgångsläge. Isaac Newton sade "Jag hade aldrig haft huvudvärk, utom de dagar jag studerade månens teori". Månens bana ryms i en toroid.

Uppkomst höger|mini|Animation av händelsen där den hypotetiska planeten Theia, som möjligen kan ha bildats i jordens L5-punkt, kolliderar med jorden och bildar månen. Varje steg i animationen (före kollisionen) tar ett år, varför jorden hela tiden befinner sig i samma position. Ett flertal olika modeller har föreslagits för att förklara hur månen bildades för 4,527 ± 0,010 miljarder år sedan, ungefär 30–50 miljoner år efter att solsystemet skapats. Många hypoteser dras dock med stora problem och har idag få förespråkare. Tidiga spekulationer gjorde gällande att månen skulle ha brutits loss från jordskorpan på grund av centrifugalkrafter. Den idén skulle dock ha krävt en för stor ursprunglig rotation och skulle också ha resulterat i att månen följer jordens ekvatorialplan istället för sin nuvarande bana.

Andra modeller har föreslagit att månen bildats på en annan plats i solsystemet och sedan fångats in av jordens gravitationsfält. Förhållandena som krävs för att ett sådant infångade skulle ha kunnat fungera anses dock som osannolika. Ännu en hypotes utgår från att jorden och månen skapades tillsammans på samma plats och vid samma tid ur den ursprungliga ackretionsskivan. Månen skulle ha bildats från material som omringade den tidiga jorden, liknande hur planeterna bildades runt solen. Denna modell har dock inte lyckats förklara varför månen består av så pass lite järn. Ett stort problem med alla dessa hypoteser är att de inte kan ge ett bra svar på varför systemet med jorden och månen har ett så pass högt rörelsemängdsmoment.

Den rådande teorin är istället att månen bildades efter en enorm kollision mellan jorden och ett annat objekt. En planetarisk kropp av ungefär Mars storlek, kallad "Theia", antas ha träffat den tidiga jorden. Vid kollisionen beräknas jorden och Theia ha smält samman till en himlakropp, där en liten del av materialet slängdes ut i en omloppsbana runt jorden för att månen sedan skulle kunna bildas genom ackretion. Datorsimulationer av denna händelse stämmer väl överens med uppmätningar av vinkelmoment samt den förhållandevis lilla storleken på månens kärna. Simuleringar av kollisionen indikerar också att jorden och Theia förmodligen bestod av ungefär samma material och befann sig i samma "grannskap" runt solen. Olösta frågor gällande denna teori handlar om att avgöra de relativa storlekarna mellan den tidiga jorden och Theia, samt hur mycket material från dessa kroppar som bildade månen.

Den enorma mängden energi som omvandlats under den enorma kollisionen, samt under den efterföljande återackretionen av materia, skulle ha smält de yttre delarna av jorden och bildat en magmaocean. Den nybildade månen hade en egen magmaocean, uppskattningar av dess djup sträcker sig från 500 km till månens fulla radie.

Fysiska egenskaper 600px|vänster|miniatyr|Skalenlig bild av jorden, månen och avståndet mellan dem.

Månen är betydligt mindre än jorden, men ändå exceptionellt stor jämfört med sin planet med 1/4 av jordens diameter och 1/81 av dess massa. Detta gör månen till den klart största månen i solsystemet i förhållande till dess planet (dock är Charon större i förhållande till dvärgplaneten Pluto). Jorden och månen anses inte vara dubbelplaneter eftersom dess gemensamma masscentrum (barycentrum) befinner sig cirka 1 700 kilometer under jordens yta och inte mellan de båda kropparna.

Månens inre struktur miniatyr|höger|En grafisk framställning för att visa hur månens interna struktur ser ut tillsammans med de olika lagrens tjocklek.

+ Kemisk sammansättning av regolit på månens yta Kemisk föreningFormelSammansättning (viktprocent)MånhavenHögländernaKiseldioxidSiO245,4 %45,5 %AluminiumoxidAl2O314,9 %24,0 %KalciumoxidCaO11,8 %15,9 %Järn(II)oxidFeO14,1 %5,9 %MagnesiumoxidMgO9,2 %7,5 %TitandioxidTiO23,9 %0,6 %NatriumoxidNa2O0,6 %0,6 %Totalt99,9 %100,0 %

Månen är en differentierad himlakropp. Den har en geokemiskt klart avgränsad skorpa, mantel och planetkärna. Månen har en solid järnrik inre kärna med en radie på 240 kilometer och en flytande yttre kärna med en radie på cirka 330 kilometer som huvudsakligen består av smält järn. Runt kärnan finns ett delvis smält gränsskikt med en radie på cirka 480 kilometer. Denna struktur tros ha bildats genom fraktionerad kristallisation av ett globalt magmahav, kort efter att månen bildades för 4,5 miljarder år sedan. Kristalliseringen av magmahavet skapade då en mafisk jordmantel genom utfällning och sättning av mineralerna olivin och pyroxen. Efter att omkring tre-fjärdedelar av magmahavet kristalliserats kunde plagioklasmineralerna, som har en lägre densitet, bilda en skorpa på toppen. De sista flytande mineralerna som kristalliserades blev inledningsvis inklämda mellan skorpan och jordmanteln, med en stor andel inkompatibla och värme-producerande grundämnen. Stöd för detta är att geokemisk kartläggning utförd av satelliter som gått i bana runt månen visar att skorpan huvudsakligen består av anortosit. Prover från sten från månen, som bildades då lava bröt sig ut och flödade ut över ytan sedan manteln delvis smält, bekräftar att manteln är uppbyggd av mafiska-material, vilket har en högre halt järn än den på jorden. Undersökningar visar att skorpans medeltjocklek är cirka 50 km.

Bland solsystemets alla månar är endast Ios densitet högre än månens. Månens inre kärna är dock liten, med en radie på 350 kilometer eller mindre; detta är endast cirka 20 procent av månens storlek. Det kan jämföras med att den inre kärnan brukar vara cirka 50 procent på de flesta stenplaneterna. Dess sammansättning är inte så väl avgränsad, men är antagligen av metalliskt järn och legerad med en liten mängd svavel och nickel. Analyser av månens med tiden varierande rotation visar att dess inre är åtminstone delvis smält.

Månens yta Månens två sidor miniatyr|250x250px|Färgmättnad på månens yta förstärkt rödaktig rostbrun för järn blåaktig för titanoxidmineraler Månen befinner sig i en bunden rotation med jorden. Bunden rotation innebär att den roterar med samma hastighet runt sin egen axel som den gör ett varv runt jorden. Resultatet är att samma sida av månen ständigt är vänd mot jorden. Tidigare i historien roterade månen med en högre hastighet, men dess rotation saktade ned och låstes i den riktningen på grund av friktionseffekter som blir av tidvattenkrafterna från jorden.

På grund av små variationer (libration) i vinkeln som månen iakttas från går det att se 59 procent av dess yta från jorden (men endast hälften vid ett givet tillfälle). 200px  200pxMånens framsida Månens baksida

Den sida av månen som är vänd mot jorden kallas månens framsida och den motsatta sidan kallas månens baksida. Den bortre sidan kallas ibland felaktigt för den "mörka sidan", men faktum är att den är upplyst precis lika ofta som den främre sidan, det vill säga en gång per mån-dag. Den bortre sidan av månen fotograferades för första gången av den sovjetiska rymdsonden Luna 3 år 1959. På den bortre sidan saknas det i stort sett månhav.

miniatyr|höger|Månens libration.

Månhav

miniatyr|stående|Namnen på de större månhaven och några kratrar på månens framsida.De mörka områden på månens yta som går att se med blotta ögat kallas månhav (på latin maria, sing. mare). De kallas månhav då forntida astronomer trodde att de var fyllda med vatten. Idag vet vi att de består av stelnad basaltlava från den tid då månen ännu var vulkanisk aktiv. Majoriteten av lavan välde fram och flöt ner i stora sänkor och bassänger som skapats vid nedslag från asteroider och kometer. Stormarnas ocean är det huvudsakliga undantaget då den inte säkert har kunnat kopplats samman med en krater, även om vissa forskare hävdar att de har funnit bevis på att även den skapats vid ett stort nedslag. Månhaven täcker ungefär 16 procent av månens yta och återfinns till största delen på månens framsida.